Глава XIV. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАШИХ ЗНАНИЙ О ХИМИЧЕСКОМ СОСТАВЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК И ГЕОСФЕР

Смотрите также:

БИОСФЕРА. Следы былых биосфер

Вернадский Владимир Иванович

Вернадский. Ноосфера Вернадского. Биосфера планеты Земля

Владимир Иванович Вернадский. Основанные Вернадским ...

Биосфера. Вернадский. Дж. Мерей. Зюсс. Ламарк

ВЕРНАДСКИЙ. БИОСФЕРА. Представитель космизма ...

НООСФЕРА. ВЕРНАДСКИЙ

Вернадский. Какое вещество считается живым. Термин «живое ...

ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ВЕРНАДСКИЙ. Биография и книги ...

ВЕРНАДСКИЙ. Биография и труды Вернадского. Вершиной его ...

Ноосфера. Вернадский. Пьер Тейяр де Шарден

Оценка химического состава гранитной оболочки планеты Филлипса-Кларка-Фохта

Прежде чем перейти к химическому составу биосферы, необходимо остановиться на тех химических эмпирических данных, какие мы имеем для геологических оболочек, лежащих выше и ниже биосферы.

Некоторые из них могут уже сейчас быть химически охарактеризованы, и сейчас в этой области идет большая работа; сейчас это не tabula rasa, и можно думать, что недолго придется ждать, когда мы сможем здесь стоять на твердой почве. Сейчас этого еще нет, но мы можем к этому подойти в значительной мере; достаточно ясен путь, каким надо для этого идти.

Прежде всего я остановлюсь на наших знаниях об оболочках, лежащих ниже биосферы в твердой среде планеты, в так называемой литосфере. Название это я не употребляю, так как без него можно обойтись, но так как оно очень распространено, я не могу с этим не считаться.

Прежде всего я остановлюсь на гранитной оболочке, так как для нее мы имеем количественные данные для всех химических элементов.

Как мы видели (см. § 43 и сл.), таблица Филлипса-Кларка-Фохта, приведенная к нынешнему уровню знаний, отвечает в первом приближении гранитной оболочке. Можно рассматривать ее генетически как метаморфизированную и магматизированную область былых биосфер (см. § 53). В окончательной обработке таблицы Кларка-Вашингтона (1924) были приняты во внимание не только данные для территории Соединенных Штатов, которые преобладали при начале его работы. В последней переработке этой таблицы Кларком и Вашингтоном [1], которая общепринята как основа всех дальнейших исчислений состава земной коры, были положены в основу следующие средние данные анализов:

а)         анализы массивных пород, сделанные до 1 октября 1918 г. в лабораториях Геологического комитета США в Вашингтоне: (Op. cit. Р. 25);

б)        среднее, вычисленное А. Гаркером [2] (1899-1904) из 536 анализов массивных пород британских месторождений;

в)         1811 анализов Вашингтона [3], породы взяты на всех континентах;

г)         среднее данное А. Кнопфа [4]; Кнопф основывался на данных Дэли (1914), исходившего из типичных пород Соединенных Штатов; Кнопф вновь их критически переработал.

В 1917-1922 гг. Вашингтон и Кларк пересмотрели 8602 анализа, из которых 5159 анализов были приняты во внимание и распределены по территориям, по возможности по континентам.

Средний состав массивных (изверженных - Igneous Rocks) пород по Кларку-Вашингтону [5]

Среднее по отдельным территориям

Si02    59,14   60,19   61,34   59,84   61,02   56,02   60,16   58,04            50,03   53,66

AI2O3 15,34   15,76   15,20   15,12   15,97   15,68   14,74   15,30            15,41   16,82

Fe203  3,08     2,87     3,03     3,17     2,92     3,48     2,60     3,83            3,88     4,01

FeO     3,80     3,67     3,30     3,67     3,21     4,41     4,41     3,99            6,23     5,34

MgO   3,49     3,16     3,47     3,61     2,76     4,04     3,76     3,95            6,62     4,67

CAO    5,08     4,80     4,88     4,97     5,17     5,87     5,03     5,39            7,99     7,59

Na20   3,84     3,90     4,09     3,73     3,69     4,60     3,50     3,78            4,00     3,58

к2о      3,13     3,07     2,69     3,40     2,99     3,07     3,03     2,93            2,10     2,32

н2о      1,15     1,01     1,05     1,24     1,24     1,25     1,19     1,70            1,16     0,93

Ti02    1,05     1,01     0,56     0,83     0,62     1,14     1,01     0,71            1,96     0,87

P2O5   0,30     0,26     0,11     0,23     0,18     0,27     0,26     0,19            0,25     0,17

MnO   0,12     0,10     0,12     0,08     0,15     0,05     0,15     0,09            0,15     0,03

Осталь            0,48     0,20     0,16     0,11     0,08     0,12     0,10            0,10     0,12     0,01

ные                                                                                                               

При таком распределении данных из чисел Кларка-Вашингтона ясно видно, что существуют резкие территориальные различия в среднем химическом составе массивных пород (Igneous Rocks), которые должны быть приняты во внимание, так как указывают, что состав "литосферы" Кларка-Ва- шингтона территориально резко неоднороден. Критически оценивая эти территориальные средние и обращаясь к наиболее резко по химическому составу отличным их проявлениям, ясным становится, что средние числа для пород, примыкающих к области Тихого океана (см. табл. 11, Н, I), резко отличаются от всех остальных [5] (см. табл. 11, А, В, С, D, Е, F, G). Таким образом, мы видим здесь резкое разделение на две группы (табл. 12). С одной стороны, I - среднее Кларка для всех его территориальных групп, за исключением двух последних: Полинезии и Антарктики; с другой - II - среднее для этих двух групп.

Средний состав массивных пород (Igneous Rocks) по группам территории (в %)

Элемент         I           П         Элемент         I           II

Si02    59,51   51,84   К2О    3,02     2,21

AI2O3 15,33   16,11   Н2О    1,24     1,04

Fe203  3,13     3,94     Ti02    0,84     1,41

FeO     3,81     5,78     P2O5   0,21     0,21

MgO   3,54     5,39     MnO   0,106   0,16

CaO     5,16     7,79     Остальные     0,13     0,06

Na20   3,90     3,79                           

Содержание железа, магния и кальция в вулканических и плутонических массивных породах Тихого океана (в вес.%)

Элемент         I           II         III        IV

            Среднее Кларка для всех массивных пород         Пределы колебаний (А, В, С, D, Е, F, G) во всех областях, кроме Тихоокеанских         Полинезия (Н)          Антарктика(1)

Fe        5,13     4,51-5,82        7,35     6,83

Mg      2,09     1,66-2,42        3,97     2,80

Са       3,26     3,41-4,17        5,67     5,49

Из рассмотрения табл. 12 совершенно ясно видно, что для Полинезии (72 ан.) и для Антарктики (103 ан.) мы имеем дело не с гранитными породами, а с породами основными или к ним близкими. Но, более того, при изучении бросается в глаза еще другое, новое, не обратившее на себя достаточного внимания петрографов, большое, по-видимому, геохимическое явление - резкое увеличение процента железа, магния и кальция в этих частях планеты в области горных пород Тихого океана ().

Мы имеем здесь резко выраженное различие, связанное с Тихим океаном (см. § 62-64) и прилегающими частями континента (Антарктического), которое указывает на глубокое химическое изменение массивных пород в этих участках планеты. Глубокое отличие в количестве железа, магния и кальция в этих двух типах изверженных пород резко выражается в том (см. табл. 13), что средние проценты содержания железа, магния и кальция района Тихого океана нигде не перекрываются средними их процентами других областей планеты. При этом надо отметить, что это мало отражается на количественном составе щелочных металлов - калия и натрия. А между тем петрографы для горных пород, взятых в планетном масштабе, выделяли калиевые и натриевые провинции, оставляя без внимания железо, магний и кальций. Калиевые и натриевые провинции, мне кажется, ушли или уходят в прошлое петрографии и едва ли представляют реальное явление.

Состав массивных пород (Igneous Rocks) по элементам (в %)

Элемент         А         В         С         Элемент         А         В         С

О         46,42   46,78   44,85   К         2,58     2,51     1,83

Si        27,59   27,97   24,36   Mg      2,09     2,12     3,23

А1       8,08     8,13     8,54     Ti        0,721   0,58     0,97

Fe        5,08     5,12     7,20     р          0,158   0,09     0,09

Ca       3,61     3,68     5,53     н          0,130   0,14     0,11

Na       2,83     2,89     2,80     Мп      0,125   0,07     0,12

Но явление, которое выясняется в таблице Кларка, по-видимому, позволяет пойти глубже, требует внимания. Я не могу здесь на этом останавливаться, но считаю, что, основываясь на нем, можно сделать выводы, которых не сделал Кларк.

Полученный нами сейчас вывод надо учесть, с одной стороны, с точки зрения его влияния на цифры таблицы Кларка, как они даны в его книге [6], а с другой стороны, - по существу дела. Для этого удобнее выразить их в элементах, а не в окислах, причем я приму во внимание в дальнейшем изложении числа Кларка массивных пород, за исключением пород Тихоокеанского района. Переведенные в элементы эти числа выразятся следующим образом (табл. 14).

В этой таблице А - средние числа Кларка [8], В - средние числа Кларка, за исключением района Тихого океана (см. табл. 12), а С - средние числа пород Тихоокеанского района (см. табл. 12).

В этой таблице чрезвычайно важно, что числа А и В очень близки; максимальные отклонения наблюдаются только для титана, фосфора, водорода и марганца, но едва отражаются (максимально для Si) для господствующих элементов земной коры. Для огромного большинства выводов можно, следовательно, пользоваться таблицей Кларка, как она была им дана, не считаясь с той поправкой, которая здесь вводится.

Мне кажется, что этот частный пример показывает нам, с одной стороны, что суммарное абстрактное вычисление среднего состава массивных пород приводит к выводу, который сглаживает резкое различие между составом массивных пород Тихоокеанского бассейна и остальных континентов. Для того чтобы получить более правильную величину, основываясь на факте резкого различия, надо учитывать состав массивных пород территориально и исходить из структурного значения Тихого океана в химическом строении нашей планеты. Это структурное значение выразилось в линии Зюсса [7] (см. § 77).

Данные таблицы Кларка-Вашингтона для литосферы очень мало затрагивались дальнейшими исследованиями. Основные цифры не трогались. К ним прибавлялись только новые элементы, которые Кларком не были приняты во внимание. Кларк принял во внимание данные для 18 элементов [9]. Он считал, что на все остальные элементы приходится 0,5%.

Полученный Кларком и Вашингтоном результат, отвечающий гранитной оболочке, хотя одновременно с гранитными породами брались и основные, заслуживает большего внимания, чем это обычно делается. Научная рабочая гипотеза, мною поставленная, что гранитные породы являются сложным телом и в среднем отвечают переплавленным былым биосферам (см. § 50), указывает, что на континентах ближе к земной поверхности основные породы в течение всего геологического времени играют второстепенную роль и мало влияют на среднее полученное число, т.е. они в общем здесь отсутствуют.

§ 108. Гораздо важнее другой вывод, который приходится из этого сделать.

Сейчас в Геологическом институте Академии наук идут пересчеты состава горных пород в связи с петрографическими задачами. Было бы важно, чтобы была учтена и геохимическая проблема в ее геологическом аспекте.

Надо получить средний состав массивных пород нашей территории от западной ее границы до островов и берегов Тихого океана, причем надо учитывать петрографический состав массивных пород, с одной стороны, по отношению к Тихому океану, а с другой - по отношению к характеру тектонических процессов. Как указывают, на территории нашего Союза чрезвычайно слабо выражено, если выражено, германотипное проявление орогенеза, которое выражено в значительно большей степени в Западной Европе, чем у нас. Я не вхожу здесь в рассмотрение, насколько это заключение правильно.

Важно здесь представление, что в строении Евразии западная и восточная ее части довольно резко отличаются в ходе геологической своей истории: на западе Евразии выступают орогенетические построения палеозоя, на востоке - альпийские, гораздо более молодые. Нельзя отрицать, что это может сказываться на химическом составе господствующих в обоих случаях горных пород.

Но главное значение такого подсчета лежит в огромном долготном протяжении территории нашего Союза. Территория его захватывает от 21°40' восточной долготы до 168°30' западной долготы, всего 169° 10' как раз в тех областях, где суша с одной стороны является преобладающей на территории планеты, а с другой стороны она граничит на всем этом протяжении с Арктическим океаном, возможность отсутствия под которым в заметной его части гранитной оболочки уже указывалась, и с Тихим океаном, где ее на значительной его части нет. Здесь можно ждать любопытных и своеобразных геохимических проявлений. Очень важно обратить при этом внимание на железо, кальций и магний и на области траппов. В таком масштабе континента на самом большом из них - Евразии - учет не делался.

Надо сказать, что как раз сейчас очень увеличилось и быстро увеличивается в нашей стране [10] количество анализов горных пород, достаточно точных, и эта работа вполне осуществима. Она должна быть поставлена как важнейшая проблема в порядок дня для геохимии в Геологическом институте.

Ибо в действительности в мировом подсчете химического среднего состава массивных горных пород фактически выпала у Кларка, не получила того веса, который имеет в реальности, очень важная часть планеты, наиболее континентальная Евразия, т.е. самый большой континент Земли. Вся территория нашей страны почти не представлена, недостаточно данных для Китая и южной части Азии. Западная Европа представлена лучше, но она вместе с Японской империей, принятой Кларком во внимание, не выражает, конечно, химического характера Евразии. При таком учете надо принять во внимание данные новых анализов для нашей страны, необходимо воспользоваться новым материалом, полученным после работы Кларка. Это не представляет особенного труда и реально вполне осуществимо.

Гранитная оболочка Кларка-Вашингтона, в которой сведены более старые работы, т.е. твердая литосфера (по Кларку и Вашингтону примерно до 16 км) за вычетом осадочных пород в их понимании, сыграла, как я уже указывал (см. гл. V), огромную роль в научном атомизме, охватившем все естествознание. Химики и физики широко ее использовали и пришли к очень важным выводам, как с точки зрения атомов, так и с точки зрения физических и химических явлений общего характера. В то же самое время минералоги и геологи, среди которых работа И. Фохта в Тронтгейме [11] должна быть отдельно отмечена, пришли к тому, что таблица Кларка-Вашингтона заключает все химические элементы, является теперь полной, многократно проверенной.

Мне пришлось принять участие в этой работе, критически пересмотреть материал несколько раз (с 1924 г.) [12] и такая же работа, в сущности сейчас коллективная, была сделана независимым пересмотром материала многими другими для отдельных элементов, а в общей форме А.Е. Ферсманом [13] с 1912, В. Гольдшмидтом [14] с 1923, супругами Ноддак [15], Биогеохимической лабораторией Академии наук СССР [16]48 и другими. Эта таблица дает нам состав магматических пород, как вулканических, так и плутонических, в зависимости от их распространения в земной коре, в среднем, одной из гранитных пород, близкой к гранодиоритам.

После 1924 г. новые данные, систематически связанные с породами, вне регионального их распространения, были даны Гольдшмидтом (с 1934 по 1938 г.). Я привожу здесь таблицу Кларка-Вашингтона массивных пород за вычетом Тихоокеанского бассейна (см. табл. 14, § 107) и таблицу Гольдшмидта для изверженных пород 1938 г., поскольку она полна. Я принимаю во внимание весовые проценты, а не атомные, так как в геологических, а не в астрономических подсчетах, такой геохимический расчет имеет большее значение, чем атомный (табл. 15).

К содержанию книги: Академик Владимир Иванович Вернадский - Химическое строение биосферы Земли и ее окружения